一种考虑非白环境载荷影响的结构模态参数辨识方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112798253A(43)申请公布日2021.05.14(21)申请号202110073487.6(22)申请日2021.01.20(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人康杰居鹤华余萌韩亮亮(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人姜慧勤(51)Int.Cl.G01M13/00(2019.01)G01D21/02(2006.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书3页说明书10页附图3页(54)发明名称一种考虑非白环境载荷影响的结构模态参数辨识方法(57)摘要本发明公开了一种考虑非白环境载荷影响的结构模态参数辨识方法，该方法首先测量工程结构的响应信号并计算功率谱密度函数矩阵。采用频域分解方法，根据功率谱密度函数矩阵的奇异值曲线初步辨识出工程结构的模态参数，包括模态频率和模态振型。随后构造功率谱密度传递率矩阵，根据功率谱密度传递率矩阵奇异值的变化规律剔除由于非白噪声载荷导致的虚假模态参数。最后在剩余的模态频率处对工程结构响应信号进行带通滤波，计算滤波信号的超值峰度系数，根据超值峰度系数进一步剔除谐波载荷导致的虚假模态参数，保留工程结构真实模态参数并作为最终辨识结果。本发明能同时消除非白噪声载荷和谐波载荷的不利影响，具有较大的工程应用意义。CN112798253ACN112798253A权利要求书1/3页1.一种考虑非白环境载荷影响的结构模态参数辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，测量并记录工程结构的加速度或速度或位移响应信号，计算响应信号的功率谱密度函数矩阵；步骤2，对步骤1计算得到的功率谱密度函数矩阵进行奇异值分解，采用频域分解方法，绘制功率谱密度函数矩阵的奇异值曲线图，根据奇异值曲线图判断工程结构响应信号包含的模态阶数，并初步辨识出工程结构的模态参数，包括模态频率和模态振型；步骤3，根据功率谱密度函数矩阵构造功率谱密度传递率矩阵，根据功率谱密度传递率矩阵剔除步骤2得到的模态参数中由于非白噪声载荷导致的虚假模态参数，保留工程结构的真实模态参数及谐波载荷导致的虚假模态参数；步骤4，采用带通滤波方法及谐波检测方法剔除由于谐波载荷导致的虚假模态参数，保留工程结构的真实模态参数作为最终辨识结果。2.根据权利要求1所述考虑非白环境载荷影响的结构模态参数辨识方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：步骤2.1，对步骤1计算得到的功率谱密度函数矩阵S(ω)进行奇异值分解如下：S(ω)＝U(ω)Σ(ω)VH(ω)其中，ω为频率，U(ω)和V(ω)分别表示功率谱密度函数矩阵的左奇异矩阵和右奇异矩阵，上标H表示共轭转置，Σ(ω)为对角的奇异值矩阵，Σ(ω)具体为：其中，σ1(ω)、σ2(ω)、分别表示矩阵S(ω)的第一阶、第二阶、第No阶奇异值，且满足No为工程结构响应信号x(t)的维度；将从σ1(ω)到的所有阶奇异值随频率变化的曲线绘制在一张图上，得到功率谱密度函数矩阵的奇异值曲线图；步骤2.2，根据步骤2.1的奇异值曲线图判断工程结构响应信号的整个频带中包含的模态阶数，并初步辨识出工程结构的模态参数；步骤2.2.1，辨识第一阶奇异值σ1(ω)对应的模态参数；观察奇异值曲线图中第一阶奇异值σ1(ω)对应的曲线，找出曲线的峰值位置，并记录峰值个数n1，每个峰值对应的频率从小到大依次记为每个峰值对应的频率处左奇异矩阵U(ω)的第一列，按频率从小到大依次记为n1即为σ1(ω)辨识的模态阶数，即为σ1(ω)辨识的模态频率，即为σ1(ω)辨识的模态振型；步骤2.2.2，辨识第二阶奇异值σ2(ω)到第No阶奇异值对应的模态参数；对于第i阶奇异值σi(ω)而言，i＝2,3,…,No，观察奇异值曲线图中σi(ω)对应的曲线，2CN112798253A权利要求书2/3页若σi(ω)在第i‑1阶奇异值σi‑1(ω)出现峰值的位置也出现峰值，则第i阶奇异值σi(ω)在该位置也存在一阶模态；记录第i阶奇异值σi(ω)的峰值个数ni，每个峰值对应的频率从小到大依次记为每个峰值对应的频率处左奇异矩阵U(ω)的第i列，按频率从小到大依次记为表示前i‑1阶奇异值辨识的总模态阶数；ni即为σi(ω)辨识的模态阶数，即为σi(ω)辨识的模态频率，即为σi(ω)辨识的模态振型；工程结构响应信号的整个频带中包含的模态阶数为辨识的模态频率为辨识的模态振型为3.根据权利要求1所述考虑非白环境载荷影响的结构模态参数辨识方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程如下：步骤3.1，根据功率谱密度函数矩阵S(ω)构造如下的功率谱密度传递率矩阵T(ω)：其中，表示矩阵S(ω)第ud行第zc列的元素，表示矩阵S(ω)第re行第zc